姜超 吳增文 張浩向

摘要：為適應互聯網+、大數據、人工智能、創(chuàng)新驅動發(fā)展等國家產業(yè)升級需求，工業(yè)設計“新工科”改造的培養(yǎng)內容與模式，需圍繞專業(yè)交叉、學科融合持續(xù)深化。研究立足工業(yè)設計既有專業(yè)特點，結合“新工科”人才培養(yǎng)目標，以知識管理的德爾菲和DANP研究方法，探討“新工科”改造中學生對專業(yè)核心知識能力的認知狀況，獲得工業(yè)設計“新工科”建設基于學生理解的核心知識能力及網絡關系圖。工業(yè)設計“新工科”改造需進一步強化數理基礎、工程技術及人文學科的教學，積極構思探索聯系應用場景的項目實踐，以便學生在操作中獲得深入理解。

關鍵詞：工業(yè)設計 新工科 核心知識能力 設計教育 DANP

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2023）21-0087-04

Abstract：In order to meet the needs of national industrial upgrading such as Internet+，big data，artificial intelligence and innovation-driven development，the training content and model of Industrial Design integrated into the emerging engineering education（EEE），which features interdisciplinary integration，need to be continuously deepened. Based on the characteristics of the major and the goal of the EEE，the study employs the knowledge management method of Delphi and DANP，to discuss the students cognition about the core knowledge and abilities of Industrial Design in the transformation of the EEE reforming，and to probe improvements. The results demonstrated students understanding about major，and obtained core knowledge and abilities of industrial design in the EEE reforming，and drew the network diagram of the core knowledge and abilities. The EEE reforming for industrial design need to further strengthen the teaching of mathematics，engineering and humanities，and to explore application in project practices.

Keywords：Industrial design Emerging engineering education Core knowledge and abilities Design education DANP

引言

新技術革命所引領的國家新經濟發(fā)展策略，需要工程教育支撐，培養(yǎng)應對未來新技術和新產業(yè)下國際競爭和挑戰(zhàn)的人才[1]。將原有傳統(tǒng)專業(yè)按照“新”要求改造升級，培養(yǎng)具備創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的工程技術人才，是“新工科”建設重要任務[2]。工業(yè)設計“新工科”建設主張專業(yè)教學與技術學科加強交叉融合[3，4]，培養(yǎng)學生適應新對象、運用新技術、構想新場景、聚合新產鏈、打造新模式、開創(chuàng)新產業(yè)的各種能力[5]及圍繞上述能力的設計整合思維。

一、工業(yè)設計“新工科”人才培養(yǎng)

陸國棟等[6]認為“新工科”建設內涵是提高學生適應變化能力和工程創(chuàng)新能力。學生在基于應用情境的動手實踐中，培養(yǎng)問題意識和社會責任，掌握新工具，養(yǎng)成主動學習習慣，能解決產業(yè)中的“跨界復雜工程問題”[7]。鐘登華認為“新工科”應培養(yǎng)具有深厚數理基礎和人文素養(yǎng)，善于從工程中發(fā)現問題，并能運用科學原理予以解決的工程人才[8]。王義遒[2]建議工程人才培養(yǎng)體現“通才教育”，夯實數理基礎，滲透人文精神，關注自學能力與思維方法的養(yǎng)成?？梢?，“新工科”突出交叉學科知識儲備、多學科研究能力與跨學科合作精神培育，學生要有解決工程問題的專業(yè)知識、技術能力，具備全球視野、人文精神和創(chuàng)新能力，以及持續(xù)學習新技術的能力和習慣。

寧波工程學院融合校內網絡工程、電氣自動化、機械工程及自動化和工業(yè)設計4個專業(yè)，以交叉復合的理念成立機器人學院 “新工科”教學平臺。工業(yè)設計培養(yǎng)方案借鑒“新工科”先驅美國歐林學院的設計工程專業(yè)[9]，融合數理、工程、設計、人文社科4個領域知識能力組織課程體系，如圖1所示。學生掌握統(tǒng)計分析為基礎的研究方法，掌握自然科學、社會科學和行為科學的必要知識，培養(yǎng)能共情人的需求，會探尋產業(yè)問題根源的新型設計人才。專業(yè)教學理論聯系實踐，協作機械、自動化、計算機專業(yè)，以原型回應真實問題解決可能。技術為主的跨專業(yè)選修課，建構學生對話工程的知識基礎。

二、工業(yè)設計“新工科”建設中的專業(yè)認知

本單位工業(yè)設計“新工科”建設已有5年，探討如是培養(yǎng)模式中學生關于知識能力的專業(yè)認知，可用于檢驗教學成效，為深化專業(yè)改造提供依據。研究運用知識管理的德爾菲法（Delphi Method）和DANP（DEMATEL based ANP）法，探討學生基于核心知識能力的專業(yè)認知狀況。

（一）德爾菲專家問卷探討面向“新工科”建設的工業(yè)設計知識能力

研究以知識和能力兩個構面，匯整多篇文獻中工業(yè)設計面向未來的知識能力，結合“新工科”培養(yǎng)方式下，協作對話需要數理基礎、工程能力、人文素養(yǎng)等要求，列出25個準則。在知識維度有工程技術知識、社會人文知識以及設計專業(yè)知識3個面向，在能力維度有通用素養(yǎng)和專業(yè)實踐能力兩個面向。其中工程技術面向涵蓋數理基礎、材料工藝、機械工程、生物工程、電氣工程5個準則；社會人文面向涵蓋工業(yè)工程與貿易供應鏈、社會文化理論、統(tǒng)計學、行為經濟學4個準則；設計專業(yè)知識面向涵蓋人機工程、美學與語義心理、設計史、產品開發(fā)程序、社會責任與可持續(xù)發(fā)展5個準則；通用素養(yǎng)面向涵蓋設計思維、編程、繪畫與攝影、溝通與匯報4個準則；專業(yè)實踐能力面向涵蓋造型能力、平面設計、掌握基于算法的造型生成與評估工具、原型制作、產品設計、信息視覺化、交互設計7個準則。圍繞上述準則，研究邀請5位專家，進行德爾菲問卷。參與研究的專家充分了解工程教育“新工科”改革人才培養(yǎng)目標，熟悉工業(yè)設計在智能制造行業(yè)情境中的職能與價值。專家從自身對工業(yè)設計“新工科”建設目標的理解，結合教學經驗，針對專業(yè)知識能力準則的德爾菲專家問卷，完成三輪評分，問卷一致性指標都達到CDI<0.05的統(tǒng)計要求，如表1所示。

（二）“新工科”建設中工業(yè)設計知識能力的影響矩陣問卷

依據專家意見，選取評分均值高于85的前18個準則，圍繞工程技術知識、社會人文知識、設計專業(yè)理論知識、通用素養(yǎng)、專業(yè)實踐能力5個構面，組織DANP問卷，探討準則間內在聯系，由經“新工科”模式教學的工業(yè)設計大三和大四學生填答，問卷設計如表2所示。

（三）決策實驗室分析

決策實驗室分析法（Decision Making Trial and Evaluation Laboratory，DEMATEL）通過準則間關系圖確定相互關聯性，以便從問卷內容中識別出決定性因素。該方法作為小樣本統(tǒng)計分析方法，廣泛用于知識管理研究[10，11]。研究累積收回的19份有效問卷填答結果，獲得直接影響關系矩陣，帶入公式T=X（Ι-X）-1，得到總影響關系矩陣T（Total Influence Matrix）。令tij（i，j=1，2，…n）為總影響關系矩陣T中元素，每一行各元素和為D，每一列各元素和為R。D+R值體現準則重要度，數值越大越重要；D-R值體現準則關聯性，數值為正表明該準則影響其他準則較多，數值為負，則表明該準則受影響較多[10]。依據總影響矩陣，獲得準則重要度和關聯度。

（四）DANP（DEMATEL-based ANP）確定核心知識能力

總影響關系矩陣T正規(guī)化處理后，進行自我相乘直至收斂，得到極限超級矩陣，極限超級矩陣中的數值即ANP所獲得“新工科”教學體系下工業(yè)設計知識能力各準則相對權重值。將DEMATEL重要性和相關性為依據的準則排序和極限超級矩陣所獲得ANP準則權重值排序，用Borda法則[12]確定“新工科”教學體系下工業(yè)設計核心知識能力及排序，如表3所示以*標示，依序為產品設計、設計思維、原型制作、人機工程、造型能力、美學與語義心理、交互設計、社會責任與可持續(xù)發(fā)展、掌握基于算法的造型生成與評估工具9項。

（五）核心知識能力間網絡關系圖

從總影響關系矩陣T匯出DANP所得9項核心知識能力相互之間影響關系數據，正規(guī)化后得到核心知識能力間影響關系矩陣，選取權重>0.12的數值，標示*，如表4所示。從橫向看，標*的數值所對應縱向準則，是受該準則較多影響的知識能力；從縱向看，標*的數值所對應的橫向準則，是影響該準則較多的知識能力。設計思維和產品設計兩個準則最為重要，對其他準則都有影響；其次是原型制作，影響人機工程、造型能力、產品設計3個準則；再者是美學與語義心理，影響造型能力和交互設計這兩個準則；此外，造型能力影響原型制作，人機工程影響社會責任。依據以上描述可以繪制9個核心知識能力之間的網絡關系圖，箭頭指向表示準則間影響指向，雙向箭頭則說明兩個準則互有影響，黑色填充的準則對其他知識能力影響較大，白色填充的準則主要是受其他準則影響的知識能力，數字編號是準則重要性排序，核心知識能力間網絡關系圖如圖2所示。

三、基于網絡關系圖的學生專業(yè)認知分析與討論

在以圖1所示圍繞數理、工程、設計、人文社科4個學科，交叉組織的工業(yè)設計人才培養(yǎng)方案及課程體系的教學下，圖2網絡關系圖反映了學生所理解經“新工科”改造的專業(yè)核心知識能力圖式認知框架。如圖2所示，產品設計與設計思維作為最重要的專業(yè)核心知識能力，廣泛影響了學生對其他知識能力的價值認知以及相應的學習動機。原型制作作為關聯編程、模型制作、機械工程等跨學科知識能力的實踐載體，是探討人與產品交互方式和尺度關系的重要手段，涵蓋產品硬件開發(fā)各種知識，特別是關聯功能結構的造型能力和人機工程兩方面。造型能力是專業(yè)認知的傳統(tǒng)內容，除產品設計和設計思維外，還受美學語義心理和原型制作的影響，影響原型制作在空間構思的廣度和深度。人機工程的學習成效以原型制檢驗，體現設計責任和價值，影響對可持續(xù)發(fā)展社會理念的認識程度。美學語義心理相關知識影響造型能力和交互設計。交互設計、基于算法的造型生成與評估能力、社會責任與可持續(xù)發(fā)展這3個知識能力，體現“新工科”所服務社會技術語境中工業(yè)設計新的專業(yè)職能，并受其他核心知識能力掌握程度影響?？梢?，以網絡關系圖呈現的圖式認知，反映了學生所理解的工業(yè)設計行業(yè)職能在結合“新工科”改造以后的學習重點，也體現了專業(yè)改造的成效與不足，具體表現在以下4個方面。

（一）項目實踐影響知識能力認知

“新工科”教學改革以大量項目實踐增強學生理解情景、解決具體問題的工程能力。那些結合工具學習和實踐演練，偏向技能養(yǎng)成的專業(yè)課程，因在解決工程問題的實效性而受到重視。圖2排序①的產品設計和排序②的設計思維，是相互影響的專業(yè)能力，是學生在項目實踐中，對技術、社會文化、經濟等各種知識及相應技術方法，系統(tǒng)理解、掌握、運用后，并以此為評價體系促進方案達成。學生的知識技能在服務產品設計和設計思維中變現專業(yè)價值，而被特別看重。排序③的原型制作涉及材料工藝、機械工程、編程、人機工程、造型能力等多方面知識能力，在“新工科”教學的項目實踐中強化了學生的認同度。

（二）團隊協作中的專業(yè)職能

本單位“新工科”教學改革，工業(yè)設計與機械工程及自動化、網絡工程、電氣工程及自動化等專業(yè)協作，進行項目實踐，機械、計算機、數學、物理等背景教師共同承擔各類工程技術類課程教學。專業(yè)協作的項目實踐產品開發(fā)中，需頻繁制作樣機或原型。設計學生對技術知識的認識，在具體問題解決中得到提升。與機械專業(yè)協作，學生對材料性能和機械原理知識有更多了解，能完成影響制造和樣機性能的零配件選型；與電氣工程及自動化專業(yè)協作中，學生對電路和傳感器原理的知識有更深入認識；與網絡工程專業(yè)協作中，學生學習編寫控制樣機的代碼，以及產品交互終端的界面設計。此外，其他專業(yè)師生基于工業(yè)設計職能，期待設計專業(yè)學生在處理產品與消費者關系中發(fā)揮更多價值。項目分工所強化的上述認識，使得圖中排序同為④的造型能力和人機工程、排序⑥的美學與語義心理，主要探討用戶有關產品的尺度適配和審美偏好等知識能力，被學生看重。

（三）技術熱點新的關注內容

“新工科”建設中工業(yè)設計核心知識能力帶入更多跨學科技術集成應用、設計學科前沿技術和社會關注度等方面內容，注重③原型制作、⑥交互設計、⑧掌握基于算法的造型生成與評估工具、⑧社會責任與可持續(xù)發(fā)展等方面具有知識集成性和技術前瞻性的知識能力。交互設計基于用戶行為習慣和認知邏輯，規(guī)劃各種操作終端視覺效果，互聯網+和智能改造技術背景中，設計師結合編程與信息視覺化的技能，承擔相關工作。學生經過以概率統(tǒng)計支撐的社會文化課程學習，對消費市場及人的行為，有更多認識和理解。圍繞樣機方案在應用情境中不斷迭代的評估優(yōu)化，深化設計經由技術所服務的市場機制?；谒惴ǖ脑煨蜕珊驮u估能力作為設計行業(yè)技術趨勢，學生學習造型建構的各種編程工具，結合功能尺寸、材料性能、力學強度、視覺觀感等因素，運用3D打印技術，探索方案原型更為多元的造型可能。

（四）數理和工程技術教學的更高要求

加強數理基礎中進一步結合工程技術，是工業(yè)設計“新工科”改革重要目標，專業(yè)培養(yǎng)方案中的微積分、大學物理、概率統(tǒng)計等課程，是設計教學理解產業(yè)情景，優(yōu)化和檢驗方案成效的重要知識基礎。教學實際中，此類課程教學組織與專業(yè)實踐特征之間的聯系不夠緊密，導致學生對相應知識認知與“新工科”改革期望存在落差。學生對材料工藝和機械工程相關知識的認識，因缺乏能力維度的學習成效檢驗，未被納入核心知識能力。數理、材料、機械為內容的工程技術是產品設計構思深度與廣度的重要基礎與保障，作為工業(yè)設計“新工科”建設知識能力重要拓展方向，相關課程的教學內容與方式有待完善，應突破知識固有學科限制，圍繞社會調查、產品設計、原型制作，并以促進學習的實踐方式檢驗成效。

結論

專業(yè)核心知識能力及相互間網絡關系圖，反映了“新工科”改革在教學實際的具體特征；體現工業(yè)設計學生在以問題解決為目標的項目協助中，所理解的專業(yè)職能；也指出設計服務當前社會新技術文化語境，學生對專業(yè)學習新的態(tài)度和內容。后續(xù)改造要結合“新工科”人才培養(yǎng)目標，加強數理基礎和社會人文知識，完善設計創(chuàng)新的價值認識。

“新工科”建設對現有專業(yè)改造，受傳統(tǒng)專業(yè)技能塑造觀感影響，需要結合工程和人文學科，加強學生理解新技術和新情境的知識基礎。此外，脫離應用情境的理論教學難以實現“新工科”建設目標，應圍繞數理知識的應用檢驗，探索體現復雜工程問題的實踐教學載體。

基金項目：浙江省教育規(guī)劃課題（2021SCG092）；浙江省十四五教學改革項目（jg20220597）

參考文獻

[1]胡波，馮輝，韓偉力，等. 加快新工科建設，推進工程教育改革創(chuàng)新——“綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會”綜述[J]. 復旦教育論壇，2017，15（02）：20-27+2.

[2]王義遒.新工科建設的文化視角[J]. 高等工程教育研究，2018（01）：16-23.

[3]孫曉楓，趙瑩，周淼，等. 新工科背景下工業(yè)設計專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革研究[J]. 教育教學論壇，2019（37）：111-113.

[4]陳香，張庭瑜. 新工科語境下工業(yè)設計跨學科科技人才培養(yǎng)策略研究[J]. 創(chuàng)意與設計，2020（01）：82-86.

[5]呂杰鋒. “新工科”建設背景下面向“新能力”的工業(yè)設計專業(yè)教育改革[J]設計藝術研究，2020，10（06）：8-12.

[6]陸國棟，李拓宇. 新工科建設與發(fā)展的路徑思考[J]高等工程教育研究，2017（03）：20-26.

[7]楊毅剛，唐浩，宋慶. 企業(yè)視角下新工科建設與工程教育改革[J]. 高等工程教育研究，2018（03）：18-23+28.

[8]鐘登華. 新工科建設的內涵與行動[J]. 高等工程教育研究，2017（03）：1-6.

[9]SOMERVILLE M，ANDERSON D，BERBECO H，et al. The Olin Curriculum：Thinking Toward the Future[J]. IEEE Transactions on Education，2005，48（1）：198-205.

[10]WU，W W. Choosing knowledge management strategies by using a combined ANP and DEMATEL approach - ScienceDirect[J]. Expert Systems with Applications，2008，35（3）：828-835.

[11]RAAD N G，SHIRAZI M A. A hybrid framework for ranking the knowledge management solutions adoption in supply chains[J]. VINE Journal of Information Knowledge Management Systems，2020，50（01）：1-19.

[12]TRUCHON M. Borda and the Maximum Likelihood Approach to Vote Aggregation[J]. Mathematical Social Sciences，2008，55（1）：96-102.

[13]王順輝.新工科背景下地方雙一流大學設計學卓越人才培養(yǎng)模式的幾點思考[J].設計，2023，36（12）：100-102.

[14]孫惠東，楊奧茹，邵建新.基于產業(yè)集群特征的工業(yè)設計產業(yè)化多元路徑研究[J].設計，2023，36（13）：126-128.

[15]翁春萌，曾力，胡康.全產業(yè)鏈視野下的工業(yè)設計教學體系適應性研究[J].設計，2022，35（2）：114-117.